CN201237497Y - 一种非接触式位移测量仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种非接触式位移测量仪，包括动尺、光学系统，传输线缆，数显屏，还包括有激光器，其中，激光器和光学系统安装在动尺的底部，传输线缆连接数显屏和动尺，本技术方案主要解决现有非接触式位移测量仪结构复杂，操作不便，造价高，环境适应性不好的技术问题，采用上述技术方案的非接触式位移测量仪，由于动尺固定在被测量对象的移动机构上，在动尺相对运动的过程中，激光器发出的激光经扩束后照射到被测量对象表面，被测量对象反射的激光束经光学系统采集反射回来的信息，经过处理，通过传输线缆显示在数显屏上，从而达到精密测量和实时检测的目的。

Description

一种非接触式位移测量仪

技术领域

本实用新型涉及一种非接触式位移测量仪，具体涉及以采用光学方法为特征的非接触式位移测量仪。

背景技术

目前，在现有技术中，用于测量移动位移的仪器，主要有接触式和非接触式两类，接触式位移测量仪主要为绕线式位移计、电阻尺、旋转编码器等，非接触式位移测量仪包含光栅、容栅、磁栅、激光测长仪等。其中，接触式测量仪普遍存在不耐磨损，测量精度低的缺点；而目前现有技术中的非接触测量仪由于光栅的温度性能和防尘特性不好，容栅不易安装、环境适应性不好，光栅、容栅和激光测长仪的价格都非常昂贵，造成这些非接触式位移测量仪结构复杂，使用条件苛刻。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种新的非接触式位移测量仪，解决现有非接触式位移测量仪结构复杂，操作不便，造价高，环境适应性不好的技术问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种非接触式位移测量仪，包括动尺、光学系统，传输线缆，数显屏，还包括有激光器，其中，激光器和光学系统安装在动尺的底部，传输线缆连接数显屏和动尺。

采用上述技术方案的非接触式位移测量仪，由于动尺固定在被测量对象的移动机构上，在动尺相对运动的过程中，激光器发出的激光经扩束后照射到被测量对象表面，被测量对象反射的激光束经光学系统采集反射回来的信息，经过处理，通过传输线缆显示在数显屏上，从而达到精密测量和实时检测的目的。

上述技术方案的非接触式位移测量仪，随着技术的发展，由于采用激光技术和数字图像处理技术，构件少而简单，使操作简单，同时，由于没有采用价格非常昂贵的光栅、容栅和激光测长仪，也没有使用光栅和容栅等零部件，使本技术方案的非接触式位移测量仪对环境条件要求不高，造价低，易于推广。

进一步，考虑到被测量对象表面可能存在不平整的反射面，无法保证精确的测量结果，将上述技术方案中的非接触式位移测量仪增加定尺，定尺要求具有平整的反射面。

进一步，限制上述的动尺内安装有电子处理系统电路板，电子处理系统电路板上有激光导航引擎和ARM处理器，激光导航引擎中有数字信号处理器，数字信号处理器对激光导航引擎采集的信息处理后再传给ARM理器处理，最后再通过传输线缆显示在数显屏上进行显示。

进一步，限制上述的激光器为单模激光器，这是因为单模激光器结构简单，造价低，又能满足需要，更具有实用性。

使用上述技术方案的非接触式位移测量仪，具体安装时，动尺固定在被测量对象的移动机构上，保证固定机构的运动情况能够反应被检测对象的实际运动情况，本实用新型不要精密的检测定尺导轨，只需要提供平整的发射面即可，因此用户可以根据被测对象的实际情况确定是否需要定尺，在数控机床等数控设备上应用时，每个坐标上各用一个本实用新型设备，以达到更好的检测效果。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型技术方案进一步说明：

图1是本实用新型一种非接触式位移测量仪实施例的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型提供一种非接触式位移测量仪包括动尺1、光学系统5，传输线缆4，数显屏3，还包括有单模激光器6，具有平整的反射面定尺2，单模激光器6和光学系统5安装在动尺1的底部，传输线缆4连接数显屏3和动尺1，动尺1内安装有电子处理系统电路板11，电子处理系统电路板11上有激光导航引擎111和高速处理器112，激光导航引擎111中有数字信号处理器，数字信号处理器对激光导航引擎111采集的信息处理后再传给高速理器112处理，最后再通过传输线缆显示在数显屏3上进行显示。

其工作原理如图1示，当定尺2相对动尺1相对运动的过程中，单模激光器6发出的激光经扩束后，如图中箭头所示方向，照射到定尺2表面，被定尺2反射的激光束，经光学系统5，射入动尺1上，动尺1内安装的激光导航引擎111高速采集反射回来的定尺2表面图像信息，以很高的速度拍照，得到大量携带动尺位移信息的照片，激光导航引擎111内部的数字信号处理器对这些照片做高速处理后输出相邻两张照片的运动方向和位移值，经过ARM处理器112的实时处理和控制，最后再通过传输线缆显示在数显屏3上进行显示，得到最终的在线位移和实时位置坐标，从而达到精密测量和实时检测的目的。

动尺1和定尺2发生相对运动时，激光导航引擎111以7200FPS采集定尺2反射的图像信息，拍照得到的每张图片大小为30像素×30像素，dsp从每张图片上提取5像素×5像素的图像进行对比，通过比较相邻两帧图片对应像素的位移和运动方向情况，同时配合算法计算得到相邻两帧位移的精确像素个数，内部电路将精确的这个值输出到寄存器里，输出寄存器的数据。为保证实时控制的要求，通过计算确定ARM处理器112每隔500us读取一次位移寄存器数值，并做如下公式计算

$S_i=\frac{25.4\mathrm{mm}\×N_i}{3000\mathrm{cpi}}$ 或 $S_i=\frac{N_i}{3000\mathrm{cpi}}$ 公式中N_i为每次位移寄存器的读数

得到500us时间内的位移数值并分别送到显示屏和数码管显示，工作过程中，不断的对S_i求和得到累加的实时累加位移数值S，也就是单次测量的位移读数，S＝∑S_i。

本实用新型为满足直线检测用户和各种不规则运动位移检测用户的需求，提供单坐标和双坐标工作模式切换、公英制转换、坐标原点设定、掉电记忆等功能，经过多次验证，在1m量程的单次测量精度能达到20um。

本实用新型具体实施方案采用的是安华高科技(AVAGO)的ADNS6090激光导航引擎，AVAGO波长为850nm的ADNB6340 VCSEL激光器，恩智浦(NXP)的32位LPC2148处理器，字符液晶显示屏和醒目数码管，Microchip的24LC256存储器，光学系统由ADNS6130改装而成，特制的钢制定尺，当被测设备可以提供平整发射面时可以不采用定尺。

当然，以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种非接触式位移测量仪，包括动尺、光学系统、传输线缆、数显屏，其特征在于：还包括有激光器，其中，激光器和光学系统安装在动尺的底部，传输线缆连接数显屏和动尺。

2.根据权利要求1所述的非接触式位移测量仪，其特征在于：还包括有定尺，定尺具有平整的反射面。

3.根据权利要求1所述的非接触式位移测量仪，其特征在于：所述的动尺内安装有电子处理系统电路板，电子处理系统电路板上有激光导航引擎和ARM处理器，激光导航引擎中有数字信号处理器，数字信号处理器对激光导航引擎采集的信息处理后再传给ARM器处理。

4.根据权利要求1所述的非接触式位移测量仪，其特征在于：所述的激光器是单模激光器。

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